Integrated circuits

Introducción
Synthetic detail of an integrated circuit through four layers of planarized copper interconnect, down to the polysilicon (pink), wells (greyish), and substrate (green). Detalle sintético de un circuito integrado a través de cuatro capas de cobre planarized de interconexión, hasta el polisilicio (rosa), Wells (gris), y el sustrato (verde).

Integrated circuits were made possible by experimental discoveries which showed that semiconductor devices could perform the functions of vacuum tubes , and by mid-20th-century technology advancements in semiconductor device fabrication . Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los dispositivos semiconductores podría desempeñar las funciones de los tubos de vacío, y por el mid-20th-avances tecnológicos del siglo en la fabricación de dispositivos semiconductores. The integration of large numbers of tiny transistors into a small chip was an enormous improvement over the manual assembly of circuits using electronic components . La integración de un gran número de transistores de pequeño en un pequeño chip fue una enorme mejora sobre el montaje manual de los circuitos utilizando los componentes electrónicos. The integrated circuit's mass production capability, reliability, and building-block approach to circuit design ensured the rapid adoption of standardized ICs in place of designs using discrete transistors. La capacidad de producción en masa de los circuitos integrados, confiabilidad, y sistema de módulos básicos de diseño de circuitos garantizar la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.

There are two main advantages of ICs over discrete circuits : cost and performance. Hay dos ventajas principales de la CSI sobre circuitos discretos: el costo y rendimiento. Cost is low because the chips, with all their components, are printed as a unit by photolithography and not constructed one transistor at a time. El costo es bajo debido a los chips, con todos sus componentes, son impresos como una unidad por fotolitografía y no se hayan construido un transistor en un momento. Furthermore, much less material is used to construct a circuit as a packaged IC die than as a discrete circuit. Por otra parte, mucho menos material se utiliza para construir un circuito, como un CI envasados morir que como un circuito discreto. Performance is high since the components switch quickly and consume little power (compared to their discrete counterparts) because the components are small and close together. El rendimiento es alto porque los componentes de cambiar rápidamente y consumen poca energía (en comparación con sus homólogos discretos), porque los componentes son pequeñas y están muy juntos. As of 2006, chip areas range from a few square millimeters to around 350 mm 2 , with up to 1 million transistors per mm 2 . A partir de 2006, las zonas de chips van desde unos pocos milímetros cuadrados a alrededor de 350 mm 2, con hasta 1 millón de transistores por mm 2.
[ edit ] Invention [Editar] Invención
Jack Kilby 's original integrated circuit S Jack Kilby «circuito integrado original

The idea of an integrated circuit was conceived by a radar scientist working for the Royal Radar Establishment of the British Ministry of Defence , Geoffrey WA Dummer (1909-2002), who published it at the Symposium on Progress in Quality Electronic Components in Washington, DC on May 7, 1952. [ 1 ] He gave many symposia publicly to propagate his ideas. La idea de un circuito integrado fue concebida por un científico de radar de trabajo para Establecimiento de la Real de radar del Ministerio británico de Defensa, Geoffrey WA Dummer (1909-2002), quien la publicó en el Simposio sobre Avances en la calidad de componentes electrónicos de Washington, DC el 7 de mayo de 1952. [1] ha dado a muchos simposios públicos para propagar sus ideas. Dummer unsuccessfully attempted to build such a circuit in 1956. Dummer intentó sin éxito construir un circuito en 1956.

The integrated circuit can be credited as being invented by both Jack Kilby of Texas Instruments [ 2 ] and Robert Noyce of Fairchild Semiconductor [ 3 ] working independently of each other. El circuito integrado se puede acreditar como inventado por tanto, Jack Kilby de Texas Instruments [2] y Robert Noyce de Fairchild Semiconductor [3], trabajando independientemente uno del otro. Kilby recorded his initial ideas concerning the integrated circuit in July 1958 and successfully demonstrated the first working integrated circuit on September 12, 1958. [ 2 ] In his patent application of February 6, 1959, Kilby described his new device as "a body of semiconductor material ... Kilby registrado sus ideas iniciales sobre el circuito integrado, en julio de 1958 y demostró con éxito el primer circuito integrado de trabajo el 12 de septiembre de 1958. [2] En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo aparato como "un cuerpo de semiconductores materiales ... wherein all the components of the electronic circuit are completely integrated." [ 4 ] en donde todos los componentes de los circuitos electrónicos están completamente integrados. "[4]

Kilby won the 2000 Nobel Prize in Physics for his part of the invention of the integrated circuit. [ 5 ] Robert Noyce also came up with his own idea of integrated circuit, half a year later than Kilby. Kilby recibió el Premio Nobel de Física 2000 por su parte de la invención del circuito integrado. [5] Robert Noyce también subió con su propia idea del circuito integrado, medio año después de Kilby. Noyce's chip had solved many practical problems that the microchip developed by Kilby had not. Chip Noyce había resuelto muchos problemas prácticos que el microchip desarrollado por Kilby no. Noyce's chip, made at Fairchild, was made of silicon , whereas Kilby's chip was made of germanium . Chip Noyce, hecha en el Fairchild, estaba hecha de silicio, mientras que el chip de Kilby fue hecho de germanio.

Early developments of the integrated circuit go back to 1949, when the German engineer Werner Jacobi ( Siemens AG ) filed a patent for an integrated-circuit-like semiconductor amplifying device [ 6 ] showing five transistors on a common substrate arranged in a 2-stage amplifier arrangement. Principios de la evolución del circuito integrado se remontan a 1949, cuando el ingeniero alemán Werner Jacobi (Siemens AG) presentó una patente para un sistema integrado de circuito de amplificación de dispositivos semiconductores, como [6] que muestra cinco transistores en un sustrato común dispuestas en un 2-fase acuerdo amplificador. Jacobi discloses small and cheap hearing aids as typical industrial applications of his patent. Jacobi revela audífonos pequeños y baratos como típico de las aplicaciones industriales de su patente. A commercial use of his patent has not been reported. Un uso comercial de su patente no ha sido reportado.

A precursor idea to the IC was to create small ceramic squares (wafers), each one containing a single miniaturized component. Una idea precursora de la IC fue la creación de pequeños cuadrados de cerámica (obleas), cada uno con un componente único en miniatura. Components could then be integrated and wired into a bidimensional or tridimensional compact grid. Componentes podrían ser integrados y por cable en una red compacta bidimensional o tridimensional. This idea, which looked very promising in 1957, was proposed to the US Army by Jack Kilby , and led to the short-lived Micromodule Program (similar to 1951's Project Tinkertoy ). [ 7 ] However, as the project was gaining momentum, Kilby came up with a new, revolutionary design: the IC. Esta idea, que parecía muy prometedor en 1957, se propuso al Ejército de los EE.UU. por Jack Kilby, y condujo a la corta duración micromódulos programa (similar a 1951's Project Tinkertoy). [7] Sin embargo, como el proyecto fue cobrando impulso, Kilby vino para arriba con un diseño nuevo y revolucionario: la IC.

The aforementioned Noyce credited Kurt Lehovec of Sprague Electric for the principle of pn junction isolation caused by the action of a biased pn junction (the diode) as a key concept behind the IC. [ 8 ] El citado crédito Noyce Kurt Lehovec de Sprague Electric para el principio de aislamiento unión pn causada por la acción de una unión pn parcial (el diodo) como un concepto clave detrás de la IC. [8]

See: Other variations of vacuum tubes for precursor concepts such as the Loewe 3NF . Véase: Otras variaciones de los tubos de vacío para los conceptos de precursores como el Loewe 3FN.
[ edit ] Generations [Editar] Generaciones
[ edit ] SSI, MSI and LSI [Editar] SSI, MSI y LSI

The first integrated circuits contained only a few transistors. Los primeros circuitos integrados sólo contenían unos pocos transistores. Called " Small-Scale Integration " ( SSI ), digital circuits containing transistors numbering in the tens provided a few logic gates for example, while early linear ICs such as the Plessey SL201 or the Philips TAA320 had as few as two transistors. Llamado "Small-Scale Integration (SSI), los circuitos digitales que contienen transistores de numeración en las decenas proporcionó una pocas puertas lógicas, por ejemplo, mientras que a principios VA lineal como el SL201 Plessey o el TAA320 Philips había tan sólo dos transistores. The term Large Scale Integration was first used by IBM scientist Rolf Landauer when describing the theoretical concept, from there came the terms for SSI, MSI, VLSI, and ULSI. El concepto de integración a gran escala fue utilizado por primera vez por IBM científico Rolf Landauer al describir el concepto teórico, de allí llegaron los términos para el SSI, MSI, VLSI, y ULSI.

SSI circuits were crucial to early aerospace projects, and vice-versa. Circuitos SSI fueron cruciales para los proyectos de la industria aerospacial, y viceversa. Both the Minuteman missile and Apollo program needed lightweight digital computers for their inertial guidance systems; the Apollo guidance computer led and motivated the integrated-circuit technology [ citation needed ] , while the Minuteman missile forced it into mass-production. Tanto los misiles Minuteman y programa Apolo necesarios equipos ligeros digital para sus sistemas de orientación inercial, el equipo de orientación Apollo condujo y motivó la tecnología de circuito integrado [cita requerida], mientras que los misiles Minuteman forzado a la producción en masa.

These programs purchased almost all of the available integrated circuits from 1960 through 1963, and almost alone provided the demand that funded the production improvements to get the production costs from $1000/circuit (in 1960 dollars) to merely $25/circuit (in 1963 dollars). [ citation needed ] They began to appear in consumer products at the turn of the decade, a typical application being FM inter-carrier sound processing in television receivers. Estos programas han comprado casi todos los circuitos integrados disponibles desde 1960 hasta 1963, y casi siempre solo la exigencia de que financió el mejoramiento de la producción para obtener los costes de producción de $ 1000/circuit (en dólares de 1960) a sólo $ 25/circuit (en 1963 dólares) . [cita requerida] Ellos comenzaron a aparecer en los productos de consumo a comienzos de la década, una típica aplicación es cosas de FM-compañía de procesamiento de sonido en los receptores de televisión.

The next step in the development of integrated circuits, taken in the late 1960s, introduced devices which contained hundreds of transistors on each chip, called " Medium-Scale Integration " ( MSI ). El siguiente paso en el desarrollo de circuitos integrados, adoptado a finales de 1960, introdujo dispositivos que contenían cientos de transistores en cada chip, llamado "medio-Scale Integration" (MSI).

They were attractive economically because while they cost little more to produce than SSI devices, they allowed more complex systems to be produced using smaller circuit boards, less assembly work (because of fewer separate components), and a number of other advantages. Ellos eran atractivas económicamente porque mientras más bajo costo para producir que los dispositivos de SSI, que permite sistemas más complejos para ser fabricados con tableros de circuitos cada vez menores, los trabajos de montaje inferior (debido a menos componentes por separado), y una serie de otras ventajas.

Further development, driven by the same economic factors, led to " Large-Scale Integration " ( LSI ) in the mid 1970s, with tens of thousands of transistors per chip. El desarrollo, impulsado por los mismos factores económicos, propició "Large-Scale Integration (LSI) en la década de 1970, con decenas de miles de transistores por chip.

Integrated circuits such as 1K-bit RAMs, calculator chips, and the first microprocessors, that began to be manufactured in moderate quantities in the early 1970s, had under 4000 transistors. Los circuitos integrados, tales como 1K-RAM bits, los chips de la calculadora, y los microprocesadores en primer lugar, que comenzó a fabricarse en cantidades moderadas en la década de 1970, había en 4000 transistores. True LSI circuits, approaching 10000 transistors, began to be produced around 1974, for computer main memories and second-generation microprocessors. True circuitos LSI, acercándose 10000 transistores, comenzaron a ser producidas alrededor de 1974, de memorias de ordenador principal y los microprocesadores de segunda generación.
[ edit ] VLSI [Editar] VLSI
Main article: Very-large-scale integration Artículo principal: Very-integración a gran escala
Upper interconnect layers on an Intel 80486 DX2 microprocessor die. Interconexión de capas en la parte superior del microprocesador un 80486 de Intel DX2 morir.

The final step in the development process, starting in the 1980s and continuing through the present, was "very large-scale integration" ( VLSI ). El paso final en el proceso de desarrollo, a partir de la década de 1980 y continuando hasta el presente, era "muy integración a gran escala (VLSI). The development started with hundreds of thousands of transistors in the early 1980s, and continues beyond several billion transistors as of 2009. El desarrollo comenzó con cientos de miles de transistores en la década de 1980, y continúa más allá de varios miles de millones de transistores a partir de 2009.

There was no single breakthrough that allowed this increase in complexity, though many factors helped. No hubo un solo logro que permitió que este aumento en la complejidad, aunque muchos factores ayudaron. Manufacturers moved to smaller rules and cleaner fabs, so that they could make chips with more transistors and maintain adequate yield. Los fabricantes se trasladó a las normas más pequeños y menos contaminantes fábricas de, por lo que pueden hacer chips con más transistores y mantener el rendimiento adecuado. The path of process improvements was summarized by the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Design tools improved enough to make it practical to finish these designs in a reasonable time. El camino de la mejora de los procesos fue resumida por el Plan de Trabajo Internacional de Tecnología de Semiconductores (ITRF). Herramientas de diseño mejorado lo suficiente como para que sea práctico para terminar estos diseños en un tiempo razonable. The more energy efficient CMOS replaced NMOS and PMOS , avoiding a prohibitive increase in power consumption. La energía más CMOS eficiente sustituye NMOS y PMOS, evitando un aumento de prohibición en el consumo de energía. Better texts such as the landmark textbook by Mead and Conway helped schools educate more designers, among other factors. Los textos como el mejor libro de texto histórico por Mead y Conway ayudaron a educar a las escuelas más diseñadores, entre otros factores.

In 1986 the first one megabit RAM chips were introduced, which contained more than one million transistors. En 1986, la primera chips de RAM megabits fueron introducidas, que contenía más de un millón de transistores. Microprocessor chips passed the million transistor mark in 1989 and the billion transistor mark in 2005 [ 9 ] . Chips de microprocesador pasado la marca del millón de transistores en 1989 y la marca de mil millones de transistores en 2005 [9]. The trend continues largely unabated, with chips introduced in 2007 containing tens of billions of memory transistors [ 10 ] . La tendencia continúa en gran medida sin disminuir, con chips introducido en 2007 que contiene decenas de miles de millones de transistores de memoria [10].
[ edit ] ULSI, WSI, SOC and 3D-IC [Editar] ULSI, WSI, SOC y en 3D-IC

To reflect further growth of the complexity, the term ULSI that stands for "ultra-large-scale integration" was proposed for chips of complexity of more than 1 million transistors. Para reflejar un mayor crecimiento de la complejidad, el término ULSI que significa "ultra-integración a gran escala" fue propuesto para los chips de la complejidad de más de 1 millón de transistores.

Wafer-scale integration (WSI) is a system of building very-large integrated circuits that uses an entire silicon wafer to produce a single "super-chip". Wafer-integración a gran escala (WSI) es un sistema de construcción muy grandes circuitos integrados que utiliza una oblea de silicio para producir un todo único "súper-chip". Through a combination of large size and reduced packaging, WSI could lead to dramatically reduced costs for some systems, notably massively parallel supercomputers. A través de una combinación de gran tamaño y embalaje reducido, WSI podría llevar a reducir drásticamente los costes de algunos sistemas, en particular supercomputadoras masivamente paralelas. The name is taken from the term Very-Large-Scale Integration, the current state of the art when WSI was being developed. El nombre es tomado del término de muy gran escala de integración, el estado actual de la técnica de WSI, cuando se estaba desarrollando.

A system-on-a-chip (SoC or SOC) is an integrated circuit in which all the components needed for a computer or other system are included on a single chip. Un sistema-en-un-(chip SoC o SOC) es un circuito integrado en el que todos los componentes necesarios para un ordenador u otro sistema se incluyen en un único chip. The design of such a device can be complex and costly, and building disparate components on a single piece of silicon may compromise the efficiency of some elements. El diseño de estos dispositivos puede ser compleja y costosa, y la creación de componentes dispares en una única pieza de silicio, pueden comprometer la eficacia de algunos elementos. However, these drawbacks are offset by lower manufacturing and assembly costs and by a greatly reduced power budget: because signals among the components are kept on-die, much less power is required (see Packaging ). Sin embargo, estos inconvenientes se ven compensados por los menores costes de fabricación y montaje y de un presupuesto muy reducido de energía: porque las señales entre los componentes se mantienen en el chip, mucho menos energía es necesaria (véase el embalaje).

A three-dimensional integrated circuit (3D-IC) has two or more layers of active electronic components that are integrated both vertically and horizontally into a single circuit. Un circuito integrado de tres dimensiones (3D-IC) tiene dos o más capas de componentes electrónicos activos que están integrados verticalmente y horizontalmente en un solo circuito. Communication between layers uses on-die signaling, so power consumption is much lower than in equivalent separate circuits. Comunicación entre las capas de usos on-die de señalización, de modo que el consumo de energía es mucho menor que en equivalente de circuitos separados. Judicious use of short vertical wires can substantially reduce overall wire length for faster operation. El uso sensato de corta alambres verticales pueden reducir sustancialmente longitud de cable global para un funcionamiento más rápido.
[ edit ] Advances in integrated circuits [Editar] Los avances en circuitos integrados
The integrated circuit from an Intel 8742, an 8-bit microcontroller that includes a CPU running at 12 MHz, 128 bytes of RAM , 2048 bytes of EPROM , and I/O in the same chip. El circuito integrado de un Intel 8742, un 8-microcontrolador bits que incluye una CPU corriendo a 12 MHz, 128 bytes de memoria RAM, 2048 bytes de EPROM, y de E / S en el mismo chip.

Among the most advanced integrated circuits are the microprocessors or " cores ", which control everything from computers to cellular phones to digital microwave ovens . Entre los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores o "cores", que controlan todo, desde computadoras a teléfonos celulares a los hornos de microondas digitales. Digital memory chips and ASICs are examples of other families of integrated circuits that are important to the modern information society . Los chips de memoria digital y ASICs son ejemplos de otras familias de los circuitos integrados que son importantes para la sociedad de la información moderna. While the cost of designing and developing a complex integrated circuit is quite high, when spread across typically millions of production units the individual IC cost is minimized. Si bien el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, si se extendiera a toda típicamente millones de unidades de producción el costo IC individual se minimiza. The performance of ICs is high because the small size allows short traces which in turn allows low power logic (such as CMOS ) to be used at fast switching speeds. El rendimiento de los circuitos es alto porque el pequeño tamaño permite huellas a corto que a su vez permite que la lógica de poder bajo (como CMOS) que se utilizarán en el cambio rápido de velocidades.

ICs have consistently migrated to smaller feature sizes over the years, allowing more circuitry to be packed on each chip. VA siempre han emigrado a los tamaños más pequeños característica de los años, permitiendo que más circuitos para ser envasados en cada chip. This increased capacity per unit area can be used to decrease cost and/or increase functionality—see Moore's law which, in its modern interpretation, states that the number of transistors in an integrated circuit doubles every two years. Esta mayor capacidad por unidad de superficie se puede utilizar para reducir costes y / o aumentar la funcionalidad de ver la ley de Moore que, en su interpretación moderna, afirma que el número de transistores en un circuito integrado se duplica cada dos años. In general, as the feature size shrinks, almost everything improves—the cost per unit and the switching power consumption go down, and the speed goes up. En general, como el tamaño de la característica se encoge, casi todo lo mejora, el costo por unidad de consumo de energía y el cambio de bajar, y la velocidad aumenta. However, ICs with nanometer -scale devices are not without their problems, principal among which is leakage current (see subthreshold leakage for a discussion of this), although these problems are not insurmountable and will likely be solved or at least ameliorated by the introduction of high-k dielectrics . Sin embargo, los CSI con el nanómetro dispositivos de escala no tienen sus problemas, entre las que se fuga de corriente (véase la fuga subliminales para una discusión sobre esto), aunque estos problemas no son insuperables y que probablemente serán resueltos o al menos mejorarse mediante la introducción de constante dieléctrica alta. Since these speed and power consumption gains are apparent to the end user, there is fierce competition among the manufacturers to use finer geometries. Dado que el aumento de la velocidad y el consumo de energía son evidentes para el usuario final, hay una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías más fino. This process, and the expected progress over the next few years, is well described by the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Este proceso, y el progreso esperado en los próximos años, está bien descrito por la Hoja de Ruta Internacional de Tecnología de Semiconductores (ITRS).
[ edit ] Popularity of ICs [Editar] Popularidad de los CI

Only a half century after their development was initiated, integrated circuits have become ubiquitous. Computers , cellular phones , and other digital appliances are now inextricable parts of the structure of modern societies. Aparatos digitales sólo un siglo y medio después se inició su desarrollo, los circuitos integrados se han convertido en omnipresentes. Computadoras, teléfonos celulares, y otros son ahora partes inextricables de la estructura de las sociedades modernas. That is, modern computing , communications , manufacturing and transport systems, including the Internet , all depend on the existence of integrated circuits. Es decir, la informática moderna, las comunicaciones, manufactura y sistemas de transporte, incluida la Internet, todo depende de la existencia de circuitos integrados.
[ edit ] Classification [Editar] Clasificación
A CMOS 4000 IC in a DIP A 4000 IC CMOS en un DIP

Integrated circuits can be classified into analog , digital and mixed signal (both analog and digital on the same chip). Los circuitos integrados se pueden clasificar en señal analógica, digital y mixta (analógica y digital en el mismo chip).

Digital integrated circuits can contain anything from one to millions of logic gates , flip-flops , multiplexers , and other circuits in a few square millimeters. Circuitos integrados digitales puede contener cualquier cosa, desde una a millones de puertas lógicas, flip-flops, multiplexores, y otros circuitos en unos pocos milímetros cuadrados. The small size of these circuits allows high speed, low power dissipation, and reduced manufacturing cost compared with board-level integration. El pequeño tamaño de estos circuitos permite alta velocidad, baja disipación de potencia, y el coste de fabricación reducidos en comparación con la integración a nivel de la Junta. These digital ICs, typically microprocessors , DSPs , and micro controllers work using binary mathematics to process "one" and "zero" signals. Estos circuitos integrados digitales, por lo general microprocesadores, DSP, microcontroladores y de trabajo utilizando las matemáticas binarias para procesar "uno" y "cero" las señales.

Analog ICs, such as sensors, power management circuits, and operational amplifiers , work by processing continuous signals. ICs analógicos, tales como sensores, circuitos de administración de energía, y los amplificadores operacionales, el trabajo de procesamiento de señales continuas. They perform functions like amplification , active filtering , demodulation , mixing , etc. Analog ICs ease the burden on circuit designers by having expertly designed analog circuits available instead of designing a difficult analog circuit from scratch. Llevan a cabo funciones como la amplificación, el filtrado activo, demodulación, mezcla, etc Devices VA aliviar la carga de los diseñadores de circuitos por tener diseñados por expertos circuitos analógicos disponibles en lugar de diseñar un circuito analógico difícil desde el principio.

ICs can also combine analog and digital circuits on a single chip to create functions such as A/D converters and D/A converters . VA también puede combinar circuitos analógicos y digitales en un solo chip para crear funciones tales como convertidores A / D y D / A. Such circuits offer smaller size and lower cost, but must carefully account for signal interference. Tales circuitos de oferta de menor tamaño y menor costo, pero con cuidado, debe tener en cuenta la interferencia de la señal.
[ edit ] Manufacturing [Editar] Manufactura
[ edit ] Fabrication [Editar] Fabricación
Main article: Semiconductor fabrication Artículo principal: fabricación de semiconductores
Rendering of a small standard cell with three metal layers ( dielectric has been removed). Prestación de un estándar de células pequeñas, con tres capas de metal (dieléctrico se ha eliminado). The sand-colored structures are metal interconnect, with the vertical pillars being contacts, typically plugs of tungsten. La arena de color son las estructuras de metal de interconexión, con los pilares verticales contactos que, por lo general tapones de tungsteno. The reddish structures are polysilicon gates, and the solid at the bottom is the crystalline silicon bulk. Las estructuras de color rojizo son las puertas de polisilicio, y el sólido en el fondo es la masa de silicio cristalino.
Schematic structure of a CMOS chip, as built in the early 2000s. Esquema de la estructura de un chip CMOS, como se construyó en la década de 2000. The graphic shows LDD-MISFET's on an SOI substrate with five metallization layers and solder bump for flip-chip bonding. El gráfico muestra LDD-MISFET sobre un sustrato SOI con cinco capas de metalización y soldadura golpe para la vinculación flip-chip. It also shows the section for FEOL (front-end of line), BEOL (back-end of line) and first parts of back-end process. También se muestra la sección de FEOL (front-end de la línea), BEOL (back-end de la línea) y la primera parte de proceso posterior final.

The semiconductors of the periodic table of the chemical elements were identified as the most likely materials for a solid state vacuum tube by researchers like William Shockley at Bell Laboratories starting in the 1930s. Los semiconductores de la tabla periódica de los elementos químicos fueron identificados como los materiales más probable para un sólido tubo estado de vacío por los investigadores como William Shockley en los laboratorios Bell a partir de la década de 1930. Starting with copper oxide , proceeding to germanium , then silicon , the materials were systematically studied in the 1940s and 1950s. A partir de óxido de cobre, procediendo a germanio, a continuación, de silicio, los materiales fueron estudiados sistemáticamente en los años 1940 y 1950. Today, silicon monocrystals are the main substrate used for integrated circuits (ICs) although some III-V compounds of the periodic table such as gallium arsenide are used for specialized applications like LEDs , lasers , solar cells and the highest-speed integrated circuits. Hoy en día, monocristales de silicio son el sustrato principal utilizado para los circuitos integrados (CI), aunque algunos compuestos III-V de la tabla periódica, como el arseniuro de galio se emplean en aplicaciones especializadas, como los LED, rayos láser, células solares y la más alta velocidad de circuitos integrados. It took decades to perfect methods of creating crystals without defects in the crystalline structure of the semiconducting material. Tuvieron que pasar décadas para perfeccionar los métodos de creación de cristales sin defectos en la estructura cristalina del material semiconductor.

Semiconductor ICs are fabricated in a layer process which includes these key process steps: VA VA se fabrican en un proceso de capa, que incluye estos pasos clave del proceso:

    * Imaging Imágenes
    * Deposition Deposición
    * Etching Aguafuerte

The main process steps are supplemented by doping and cleaning. Los pasos del proceso principal se complementa con el dopaje y la limpieza.

Mono-crystal silicon wafers (or for special applications, silicon on sapphire or gallium arsenide wafers) are used as the substrate . Photolithography is used to mark different areas of the substrate to be doped or to have polysilicon, insulators or metal (typically aluminium ) tracks deposited on them. Mono-obleas de silicio de cristal (o para aplicaciones especiales, silicio sobre zafiro o láminas de arseniuro de galio) se utilizan como sustrato. Fotolitografía es utilizado para marcar las diferentes áreas del sustrato que va dopado o tener polisilicio, aislantes o de metal (normalmente de aluminio) pistas depositado en ellos.

    * Integrated circuits are composed of many overlapping layers, each defined by photolithography, and normally shown in different colors. Los circuitos integrados se componen de muchas capas superpuestas, cada uno definido por la fotolitografía, y normalmente se muestra en colores diferentes. Some layers mark where various dopants are diffused into the substrate (called diffusion layers), some define where additional ions are implanted (implant layers), some define the conductors (polysilicon or metal layers), and some define the connections between the conducting layers (via or contact layers). Algunas de las capas marca en diferentes dopantes se difunden en el sustrato (llamadas capas de difusión), algunos de los iones adicionales definir dónde se implantan (implante de capas), algunos definen los conductores (polisilicio o capas de metal), y algunos de definir las conexiones entre las capas de conducción ( a través de capas o de contacto). All components are constructed from a specific combination of these layers. Todos los componentes están hechos de una combinación específica de estas capas.

    * In a self-aligned CMOS process, a transistor is formed wherever the gate layer (polysilicon or metal) crosses a diffusion layer. En un auto-alineados CMOS proceso, un transistor se forma donde la capa de puerta (polisilicio o metal) atraviesa una capa de difusión.

    * Capacitive structures , in form very much like the parallel conducting plates of a traditional electrical capacitor, are formed according to the area of the "plates", with insulating material between the plates. Estructuras capacitivo, en forma muy parecida a la realización de placas paralelas de un condensador eléctrico tradicional, se forman de acuerdo a la zona de las "placas", con material aislante entre las placas. Capacitors of a wide range of sizes are common on ICs. Condensadores de una amplia gama de tamaños son comunes en CI.

    * Meandering stripes of varying lengths are sometimes used to form on-chip resistors , though most logic circuits do not need any resistors. Serpenteando franjas de diferentes longitudes se utilizan a veces para formar sobre las resistencias de chips, aunque la mayoría de los circuitos de la lógica no necesita resistencias. The ratio of the length of the resistive structure to its width, combined with its sheet resistivity, determines the resistance. La proporción de la longitud de la estructura de resistencia a su anchura, combinado con su resistencia de hoja, determina la resistencia.

    * More rarely, inductive structures can be built as tiny on-chip coils, or simulated by gyrators . Más raramente, las estructuras de inducción puede ser construido como minúsculos en las bobinas de chips, o simuladas por giradores.

Since a CMOS device only draws current on the transition between logic states , CMOS devices consume much less current than bipolar devices. Desde un dispositivo CMOS sólo se basa en curso sobre la transición entre los estados de la lógica, los dispositivos CMOS consumen mucho menos electricidad que los dispositivos bipolares.

A random access memory is the most regular type of integrated circuit; the highest density devices are thus memories; but even a microprocessor will have memory on the chip. Una memoria de acceso aleatorio es el tipo más habitual de los circuitos integrados, los dispositivos de mayor densidad son por tanto los recuerdos, pero incluso un microprocesador tendrá memoria en el chip. (See the regular array structure at the bottom of the first image.) Although the structures are intricate – with widths which have been shrinking for decades – the layers remain much thinner than the device widths. (Ver la estructura matriz regular en la parte inferior de la primera imagen.) Aunque las estructuras son complejos - con un ancho que se han ido reduciendo durante décadas - las capas siguen siendo mucho más delgado que los anchos de dispositivo. The layers of material are fabricated much like a photographic process, although light waves in the visible spectrum cannot be used to "expose" a layer of material, as they would be too large for the features. Las capas de material se fabrican muy similar a un proceso fotográfico, aunque las ondas de luz en el espectro visible no puede utilizarse para "denunciar" una capa de material, ya que sería demasiado grande para las características. Thus photons of higher frequencies (typically ultraviolet ) are used to create the patterns for each layer. Así, los fotones de frecuencias más elevadas (normalmente ultravioleta) se utilizan para crear los patrones para cada capa. Because each feature is so small, electron microscopes are essential tools for a process engineer who might be debugging a fabrication process. Debido a que cada función es tan pequeño, los microscopios electrónicos son herramientas esenciales para un proceso de ingeniería que podría ser la depuración de un proceso de fabricación.

Each device is tested before packaging using automated test equipment (ATE), in a process known as wafer testing , or wafer probing. Cada producto es probado antes de envasado que utilizan equipos de prueba automáticos (ATE), en un proceso conocido como la prueba de obleas o de obleas de sondeo. The wafer is then cut into rectangular blocks, each of which is called a die . La oblea se corta en bloques rectangulares, cada uno de ellos se llama morir. Each good die (plural dice , dies , or die ) is then connected into a package using aluminium (or gold ) bond wires which are welded to pads , usually found around the edge of the die. Cada muerte buena (dados plural, muere, o morir) se conecta en un paquete con aluminio (o de oro) los cables de bonos que están soldadas a las almohadillas, generalmente se encuentran alrededor del borde de la muerte. After packaging, the devices go through final testing on the same or similar ATE used during wafer probing. Después de los envases, los dispositivos de pasar por una prueba final en la ATE mismo o similar utilizado durante oblea de sondeo. Test cost can account for over 25% of the cost of fabrication on lower cost products, but can be negligible on low yielding , larger, and/or higher cost devices. Coste de la prueba puede dar cuenta de más del 25% del coste de fabricación de productos de menor costo, pero puede ser insignificante en el rendimiento baja, más grande, y / o dispositivos de mayor costo.

As of 2005, a fabrication facility (commonly known as a semiconductor lab ) costs over a billion US Dollars to construct [ 11 ] , because much of the operation is automated. En 2005, una planta de fabricación (conocida comúnmente como un laboratorio de semiconductores) cuesta más de MIL MILLONES DE DÓLARES EE.UU. para la construcción [11], porque es automatizado gran parte de la operación. The most advanced processes employ the following techniques: Los procesos más avanzados utilizan las siguientes técnicas:

    * The wafers are up to 300 mm in diameter (wider than a common dinner plate). Las obleas son de hasta 300 mm de diámetro (más ancho que un plato de comida común).
    * Use of 65 nanometer or smaller chip manufacturing process. Intel , IBM , NEC , and AMD are using 45 nanometers for their CPU chips. El uso de 65 nanómetros o más pequeño proceso de fabricación de chips. Intel, IBM, NEC, y AMD está usando 45 nanómetros para sus chips de CPU. IBM and AMD are in development of a 45 nm process using immersion lithography . De IBM y AMD en el desarrollo de un proceso de 45 nm utilizando la litografía de inmersión.
    * Copper interconnects where copper wiring replaces aluminium for interconnects. Las interconexiones de cobre en el cableado de cobre sustituye al aluminio para las interconexiones.
    * Low-K dielectric insulators. Low-K aisladores dieléctricos.
    * Silicon on insulator (SOI) De silicio sobre aislante (SOI)
    * Strained silicon in a process used by IBM known as strained silicon directly on insulator (SSDOI) Silicio tensionado en un proceso utilizado por IBM conocido como silicio tensado directamente sobre aislante (SSDOI)

[ edit ] Packaging [Editar] Envasado
Main article: Integrated circuit packaging Artículo principal: embalaje de circuitos integrados
Early USSR made integrated circuit A principios URSS hizo circuito integrado

The earliest integrated circuits were packaged in ceramic flat packs, which continued to be used by the military for their reliability and small size for many years. Los primeros circuitos integrados fueron empacadas en envases de cerámica plana, que sigue siendo utilizado por los militares por su fiabilidad y su pequeño tamaño por muchos años. Commercial circuit packaging quickly moved to the dual in-line package (DIP), first in ceramic and later in plastic. Envases Circuito comercial rápidamente se trasladó a la doble in-line package (DIP), primero en cerámica y más tarde en plástico. In the 1980s pin counts of VLSI circuits exceeded the practical limit for DIP packaging, leading to pin grid array (PGA) and leadless chip carrier (LCC) packages. Surface mount packaging appeared in the early 1980s and became popular in the late 1980s, using finer lead pitch with leads formed as either gull-wing or J-lead, as exemplified by small-outline integrated circuit -- a carrier which occupies an area about 30 – 50% less than an equivalent DIP , with a typical thickness that is 70% less. En la década de 1980 cuenta con pines de circuitos VLSI superado el límite práctico para el envasado R, que conduce a la matriz de pines (PGA) y portadores de chips sin plomo (LCC) de los paquetes. Montaje superficial de envases apareció en la década de 1980 y se hizo popular a finales de 1980, utilizando Lead Pitch lleva más fina con forma, ya sea como ala de gaviota o J-plomo, como se ejemplifica en contorno pequeño circuito integrado - una compañía aérea que ocupa un área de unos 30 a 50% menos que un DIP equivalente, con un espesor típico que es de 70 % menos. This package has "gull wing" leads protruding from the two long sides and a lead spacing of 0.050 inches. Este paquete tiene "ala de gaviota" lleva sobresale de los dos lados de largo y un espacio de plomo de 0,050 pulgadas.

In the late 1990s, PQFP and TSOP packages became the most common for high pin count devices, though PGA packages are still often used for high-end microprocessors . En la década de 1990, SOIC y paquetes TSOP se convirtió en el más común para los dispositivos con alto conteo de pines, aunque los paquetes de la PGA, se utilizan frecuentemente para los microprocesadores de gama alta. Intel and AMD are currently transitioning from PGA packages on high-end microprocessors to land grid array (LGA) packages. Intel y AMD son actualmente la transición de los paquetes de la PGA en los microprocesadores de alto fin a la tierra Grid Array (LGA) de paquetes.

Ball grid array (BGA) packages have existed since the 1970s. Flip-chip Ball Grid Array packages, which allow for much higher pin count than other package types, were developed in the 1990s. Ball grid array (BGA) paquetes han existido desde la década de 1970. Flip-chip Ball Grid paquetes de matriz, que permiten la cantidad de pines mucho más altos que los tipos de paquete, se desarrollaron en la década de 1990. In an FCBGA package the die is mounted upside-down (flipped) and connects to the package balls via a package substrate that is similar to a printed-circuit board rather than by wires. En un paquete de FCBGA la suerte está montado al revés (volcó) y se conecta a las bolas de envío a través de un sustrato de paquete que es similar a un tablero de circuito impreso y no por cables. FCBGA packages allow an array of input-output signals (called Area-I/O) to be distributed over the entire die rather than being confined to the die periphery. Paquetes de FCBGA permiten una gran variedad de señales de entrada-salida (llamado Area-I / O) para ser distribuidos en toda la matriz en lugar de estar confinada a la periferia de morir.

Traces out of the die, through the package, and into the printed circuit board have very different electrical properties, compared to on-chip signals. Huellas de la muerte, a través del paquete, y en la placa de circuito impreso tienen propiedades eléctricas muy diferentes, en comparación con las señales de a chip. They require special design techniques and need much more electric power than signals confined to the chip itself. Se requieren técnicas de diseño especial y necesitan mucho más energía eléctrica que las señales limita al propio chip.

When multiple dies are put in one package, it is called SiP, for System In Package . Cuando varios muere se ponen en un solo paquete, se le llama SIP, por sistema en el Paquete. When multiple dies are combined on a small substrate, often ceramic, it's called an MCM, or Multi-Chip Module . Cuando se combinan múltiples muere en un sustrato de pequeñas, a menudo de cerámica, que se llama un MCM, o Multi-Chip Module. The boundary between a big MCM and a small printed circuit board is sometimes fuzzy. La frontera entre una MCM grande y una pequeña placa de circuito impreso es a veces difusa.
[ edit ] Chip labeling and manufacture date [Editar] Chip de etiquetado y fecha de fabricación de

Most integrated circuits large enough to include identifying information include four common sections: the manufacturer's name or logo, the part number, a part production batch number and/or serial number, and a four-digit code that identifies when the chip was manufactured. La mayoría de los circuitos integrados suficientemente grande como para incluir la identificación de la información incluyen cuatro secciones común: el nombre del fabricante o logotipo, el número de parte, una parte números de los lotes y / o número de serie y un código de cuatro dígitos que identifica cuando se fabricó el chip. Extremely small surface mount technology parts often bear only a number used in a manufacturer's lookup table to find the chip characteristics. Extremadamente superficie pequeña montar piezas de tecnología son a menudo sólo un número que se utiliza en el cuadro de búsqueda de un fabricante para encontrar las características del chip.

The manufacturing date is commonly represented as a two-digit year followed by a two-digit week code, such that a part bearing the code 8341 was manufactured in week 41 of 1983, or approximately in October 1983. La fecha de fabricación se suele representar como un año de dos dígitos seguido de un código de dos semanas de dos dígitos, por ejemplo, que una parte que lleva el código 8341 se fabricó en la semana 41 de 1983, o aproximadamente en octubre de 1983.

Nerio Ramirez